手機可以說是人們日常生活中最貼身的電子設備,但讓人擔憂的是,就是這件和我們形影不離的物品卻存在著爆炸的風險。手機爆炸并致使用戶受傷的事件時有發生,在這些意外事件當中,引起手機保證的罪魁禍首幾乎無一例外都是電池。但在了解電池的工作原理和引發爆炸的原因之后你會發現,只要使用得當,手機電池其實并沒有我們想得那么危險。
想要知道電池為什么會爆炸,我們需要搞清楚電池的工作原理。電池都擁有正負兩極,它們正好位于完全相對的兩端。其中負極(陰極)負責存放帶正電的離子,這里充滿了鋰離子,也就是存儲“燃料”的地方。與之相對的是正極(陽極),用于存放帶負電的離子。
在充電過程當中,鋰離子會從負極移動到正極。而當電池工作時,鋰離子會以相反的方向移動。電池的兩極之間是一種名叫電解液的化學物質,它的作用是幫助離子在兩極之間穿梭。
那么電池為什么會爆炸呢?實際上,雖然離子需要在兩極之間移動才能工作,但電池的兩極本身是絕對不應該接觸彼此的,因為這樣會把能量重新導向電解液。為了避免這種情況的發生,電池廠商會在兩極之間放置隔膜。
三星Galaxy Note 7的問題就是隔膜缺陷所導致的兩極接觸。當這種情況發生時,電池里所有的能量都會涌向中間的電解液而非兩極。而電解液本身就不是一種穩定的化學物質,當承受太多能量時——不管是因為兩極相接觸還是外部溫度過高——它們就會大量發熱,與其他化學物質產生反應并產生氣體,然后產生更多熱量。隨著該化學反應的反復發生,氣體就會以越來越快的速度釋放熱量,這個不可控的正反饋過程被稱作“熱失控”,引起電池起火/爆炸的罪魁禍首就是它。在化學過程當中,熱失控指的是放熱反應失去控制而導致溫度升高,這也經常會引發爆炸。熱失控實際上是一種相當常見的現象,在許多物理/化學過程當中都時有發生。
電池技術的瓶頸在哪里
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如今的絕大多數電子設備使用的都是鋰離子電池——包括智能手機、筆記本、汽車、可穿戴設備和藍牙音箱——這是因為鋰是密度最低的金屬元素,這也就意味著,廠商可以用它賦予電池相當高的容量。
鋰電池之所以能夠如此普及,是因為它擁有如下幾個優點:
1.更小更輕
2.能量密度高
3.自放電率低
4.無或低記憶效應
5.充電速度快
6.開路電壓高
7.壽命長
但任何事物都有兩面性,雖然鋰電池擁有如上這許多優點,它同時也存在一些令人擔憂的缺點,它們包括:
1.成本高
2.對高溫更敏感
3.老化快
4.深放電
5.安全(爆炸起火)隱患
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其實,在手機電池爆炸這類事件當中,廠商都是需要負一定責任的。因為他們太急于推動電池技術的極限,或是沒能確保自己的產品不會發生爆炸。由于手機屏幕越來越多,性能越來越強,它們自然也需要更多的電能,但絕大多數用戶并不愿意在續航或充電時間上做出妥協。
電池如今已經成為拖累電子設備技術發展的主要因素,它的進步角度已經跟不上其他的電子元件,這也就是為什么廠商基于推動其技術極限的原因。
在去年,三星的研究人員就發現了一種可延長電池續航的新型鋰電池技術。這種技術使用了硅作為電池的正極,和目前鋰電池常用的石墨正極相比,這種材料能夠進一步擴充電池容量。與此同時,研究人員還設法解決了硅在充放電時出現的體積變化。在實驗室當中,三星的研究者制作出了容量密度比普通電池大1.5-1.8倍的新型電池。
在去年,劍橋大學的研究人員也在鋰空氣電池方面實現了技術突破。這種新型電池的重量和成本僅是目前鋰電池的1/5,但容量卻提升了5倍。
除了擴大電池容量之外,提高充電時間也是解決續航問題的另一種方式。以色列一家名叫StoreDot的技術公司就在今年展示了自己的快速充電技術。在不改變現有鋰電池的前提下,這些技術可在30秒之內將一塊電量耗盡的電池充滿電。
值得注意的是,這些新技術都仍處于探索階段,遠未達到進行大規模的商業化應用的水平。因此在很長一段時間里,電子設備恐怕依然會被現有的電池技術水平所限制。
我們應該注意些什么?
除了隔膜撕裂之外,造成鋰電池產生熱失控現象的原因還有不少,比如環境溫度超過60攝氏度,反復過度充電,以及私自改裝設備外殼等等。
其實中,過度充電就像是給桶里裝太多的水,不過水流多慢,桶里的水總是會溢出。對于電池而言,過度充電會在過多鋰離子涌向正極時發生。但別擔心,整晚給手機充電并不會造成電池過度充電,因為大多數電池都擁有避免該現象發生的自動保護機制。而如果發生過度充電,那就是廠商的保護機制沒做好。
此外,充電速度太快同樣存在隱患。快速充電技術會向電池輸送太多的能量,而如果充電器和電池不兼容,就容易發生短路。但只要你使用的是原裝充電器,那這種情況就不大可能會發生。
引發電池故障的最后一個常見原因同樣在于廠商,那就是通過增加電壓來擴充電池容量。電壓可以被看作是瀑布的高度,而電流就像是水流——電壓越高,電池里的能量也就越多。廠商可以通過添加鎳等化學元素來增加電壓,但電壓的升高同時也增加了電解液起火的風險。
歸根結底,手機電池起火的主要原因是廠商沒能在產品設計和生產當中進行嚴格的安全把控。但作為普通用戶,我們應該如何避免自己的手機發生爆炸起火的意外呢?其實很簡單:
1.避免把手機置于高溫環境
2.堅持使用原裝充電器
3.不要故意破壞手機和電池
4.拒絕使用山寨電池(如果手機支持替換電池的話)
只要做到上面幾點,符合安全標準的手機就不會在我們的手中成為定時炸彈。